第3章 第3节 DNA的复制-【新课程学案】2025-2026学年高中生物必修2 遗传与进化配套课件PPT（人教版 多选版）

第3节　DNA的复制 学习目标 1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留方式进行复制； 2.通过对DNA半保留复制方式的学习，理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。 聚焦·学案一 DNA复制方式及 实验证据 聚焦·学案二 DNA复制的过程 目录 随堂小结 聚焦·学案一 DNA复制方式及 实验证据 学案设计 (一)对DNA复制的推测 1.半保留复制 (1)提出者： _____________。 (2)假说内容 2.全保留复制：DNA 复制以_________为 模板，子代DNA的双链都是_______的。 半保留复制 氢键 两条单链 脱氧核苷酸 碱基互补配对 沃森和克里克 DNA双链 新合成 (二)DNA半保留复制的实验证据 1.实验材料：_________。 2.实验方法：____________技术和离心技术。 3.实验原理：只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度_____。 大肠杆菌 同位素标记 居中 4.实验过程 5.实验预期 两条链被标记情况 密度大小 离心后位置 都是15N 最大 靠近试管的___部 一条15N，一条14N 居中 位置_____ 都是14N 最小 靠近试管的___部 底 居中 上 6.实验结果 (1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管_____。 (2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置_____。 (3)繁殖两代后，提取DNA→离心→1/2位置____，1/2位置______。 7.实验结论 DNA的复制是以_____________进行的。 底部 居中 居中 更靠上 半保留的方式 |情|境|思|考|探|究| 科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中)，如图所示。请据图回答下列问题： (1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链? (2)如何测定子代DNA带有同位素的情况? 提示：同位素标记技术。 提示：对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。 (3)若DNA复制的方式是全保留复制，请你预期实验结果并完善表格： 大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型 亲代 下部，100% 15N/15N-DNA 第一代 下部_____， 上部_____ __________________________ 第二代 下部_____， 上部_____ __________________________ 50% 50% 25% 75% 15N/15N-DNA、14N/14N-DNA 15N/15N-DNA、14N/14N-DNA (4)若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何? (5)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式? (6)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉? 提示：第一代只出现一条中带，第二代出现一条位于中带和轻带之间的条带。 提示：排除了全保留的复制方式。 提示：排除了分散复制的方式。 [典例]　如图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验，下列叙述不正确的是 (　　) A.通过比较试管①和②的结果可以否定DNA复制为全保留复制 B.通过比较①②③的结果能证明DNA复制为半保留复制 C.试管③中b带的DNA的两条链均含有14N D.不能用噬菌体代替大肠杆菌进行该实验 √ [解析]　比较试管①和②的结果，DNA分别为全重带和全中带，全保留复制第一代一半为重带，一半为轻带，故可以否定DNA复制为全保留复制，A正确；与试管①相比较，试管②可以排除全保留复制，再结合③的结果可以排除分散复制，所以DNA复制是半保留复制，B正确；试管③中b带为中带，该处DNA分子的两条链中一条链有14N，一条链有15N，C错误；该实验不能用噬菌体代替大肠杆菌，因为噬菌体是病毒，没有独立的代谢功能，必须寄生在活细胞中才能生存，D正确。 [思维建模] 据亲代和培养液的标记情况判断子代条带位置 (1)若亲代DNA用15N标记，在含14N的培养液中培养，则离心时，亲代在底部，子一代居中，子二代一半居中、一半靠上。 (2)若亲代DNA用14N标记，在含15N的培养液中培养，则离心时，亲代在上部，子一代居中，子二代一半居中、一半在底部。 1.判断下列叙述的正误 (1)沃森和克里克最初提出了DNA以全保留的方式进行复制。( ) (2)梅塞尔森和斯塔尔运用放射性同位素标记技术设计了巧妙的实验，证明了DNA的复制方式。( ) (3)把15N标记的大肠杆菌转移到含14N的培养基培养，要按细胞分裂的频次提取DNA并离心。( ) (4)DNA的复制是以半保留的方式进行的。( ) 迁移训练 × √ × √ 2.(2025·北京高考)1958年，Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验，证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是 (　　) A.因为15N有放射性，所以能够区分DNA的母链和子链 B.得到的DNA带的位置有三个，证明了DNA的半保留复制 C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果 D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA √ 解析：15N属于稳定同位素，不具有放射性，A错误。亲代大肠杆菌离心后出现一条DNA带(15N/15N-DNA)，位置靠近试管的底部；转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条DNA带(15N/14N-DNA)，位置居中；第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中(15N/14N-DNA)，另一条带的位置更靠上(14N/14N-DNA)，因此得到的DNA带的位置有三个，证明了DNA的半保留复制，B正确。若将DNA变成单链后再进行离心，无论是全保留复制还是半保留复制，都是只有两条条带，不能证明DNA的半保留复制，C错误。大肠杆菌易培养、繁殖快，因此选择大肠杆菌作为实验材料，D错误。 3.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使细菌的DNA皆含有15N，然后再移入含14N的培养基中培养，提取其子代的DNA进行梯度离心，下图①~⑤为可能的结果，下列叙述错误的是 (　　) A.第一次分裂的子代DNA应为⑤ B.第二次分裂的子代DNA应为① C.第三次分裂的子代DNA应为③ D.亲代的DNA应为⑤ √ 解析：细菌的DNA被15N标记后，放在含14N的培养基中培养，复制一次形成2个DNA分子，每个DNA分子都是一条链含有15N，另一条链含有14N，离心后形成中带，即图中的②，A错误。复制两次后形成了4个DNA分子，2个DNA分子都是一条链含有15N，另一条链含有14N，离心后形成中带；另外2个DNA分子都只含有14N，离心后形成轻带，即图中①，B正确。随着复制次数增加(三次及三次以上)，离心后都含有中带和轻带两个条带，轻带相对含量逐渐增加，即图中③，C正确。细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，DNA分子的两条链都含有15N，离心后形成重带，即图中的⑤，D正确。 聚焦·学案二 DNA复制的过程 (一)DNA复制过程分析 |探|究|学|习| 为了探究DNA的复制过程，科学家做了一系列的实验，实验中除所加物质不同外，其他环境条件相同且均能满足实验的要求。 实验一：从大肠杆菌中提取出DNA复制相关酶加到具有足量的4种脱氧核苷酸的试管中。放置在适宜温度条件下，一段时间后，没能测定出DNA。 实验二：在上述试管中再加入少量DNA，放置在适宜温度条件下，一段时间后，测定其中DNA的含量。 学案设计 实验三：取四支试管，分别加入等量的4种脱氧核苷酸、等量的ATP和等量的DNA复制相关酶，再在各试管中分别放入等量的四种DNA分子，它们分别是枯草杆菌、大肠杆菌、牛胸腺细胞、T2噬菌体的DNA，放置在适宜温度条件下一段时间，测定各试管中残留的每一种脱氧核苷酸的含量。 (1)举例说出实验一中DNA复制相关酶有哪些?在真核生物中，该生理过程主要发生的场所是什么? 提示： 解旋酶、DNA聚合酶等；细胞核。 (2)实验一不能测定出DNA的原因是什么? (3)实验二能测定出更多的DNA吗?为什么? (4)实验三的目的是什么?最可能的实验结果和结论是什么? 提示： 没有加入模板DNA和ATP。 提示：不能；因为没有加入ATP。 提示：目的是探究四种生物DNA分子的脱氧核苷酸的组成是否相同；结果发现各试管中残留的每一种脱氧核苷酸的含量不同，说明四种生物DNA分子的脱氧核苷酸组成不同。 |认|知|生|成| 1.DNA复制相关知识归纳总结 概念 以__________为模板合成子代DNA的过程 时间 细胞分裂前的间期 场所 主要是_______ 条件 模板、原料、能量、酶等 特点 半保留复制、_____________ 意义 通过复制将_________从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性 亲代DNA 细胞核 边解旋边复制 遗传信息 2.DNA复制的过程 (1)示意图 双螺旋结构 能量 母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 模板链 (2)起点和方向 类型 原核生物 真核生物 特点 单起点双向复制 多起点双向复制 图示 (3)有关的酶 复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。 ①解旋酶的作用是破坏碱基间的_____。 ②DNA聚合酶的作用是连接_________________。 ③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。 (4)准确复制的原因 ①DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。 ②通过______________，保证了复制能够准确地进行。 氢键 游离的脱氧核苷酸 碱基互补配对 [例1]　下图为DNA复制示意图，其中①~③表示物质，④~⑨表示结构部位，下列叙述正确的是 (　　) A.物质①为解旋酶，②为DNA聚合酶 B.物质③为游离的核糖核苷酸，共有4种 C.④~⑨中表示3'端的有④⑦⑨ D.④⑦处具有游离的磷酸基团 √ [解析]　物质①为DNA聚合酶，②为解旋酶，A错误；物质③为游离的脱氧核糖核苷酸，共有4种，B错误；子链的延伸方向为5'→3'端，由此可知，④~⑨中表示3'端的有⑤⑥⑧，C错误；DNA分子中每一条链的5'端均含有1个游离的磷酸基团，④⑦为5'端，具有游离的磷酸基团，D正确。 (二)DNA复制的相关计算 将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，相关计算见下表。 DNA 分子数 ①子代DNA分子数=2n个；②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个；③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=(2n-2)个 脱氧 核苷酸 链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2n+1条；②亲代脱氧核苷酸链数=2条； ③新合成的脱氧核苷酸链数=(2n+1-2)条 消耗的 脱氧核 苷酸数 若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m×(2n-1)个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m×2n-1个 [例2]　某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有a个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述，错误的是 (　　) A.在第一次复制时，需要(m-a)个 B.在第二次复制时，需要2(m-a)个 C.在第n次复制时，需要2n-1(m-a)个 D.在复制n次过程中，总共需要2n(m-a)个 √ [解析]　DNA分子第一次复制时，可产生2个DNA分子，相当于形成1个新DNA分子，因为每个DNA分子中含有(m-a)个胞嘧啶脱氧核苷酸，所以第一次复制时，需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(m-a)个，A正确；在第二次复制时，2个DNA分子会形成4个DNA分子，相当于形成2个新DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为2(m-a)个，B正确；在第n次复制时，共形成2n个DNA分子，相当于形成(2n-2n-1)个新DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n-2n-1)(m-a)=2n-1(m-a)个，C正确；在复制n次过程中，1个DNA分子变为2n个DNA分子，总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n-1)(m-a)个，D错误。 [易错提醒] DNA复制相关计算的3个易错点 (1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。 (2)在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。 (3)看清碱基的数目单位是“对”还是“个”，“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。 1.判断下列叙述的正误 (1)所有的真核细胞内都能进行DNA的复制。( ) (2)DNA复制时，双螺旋的两条链全部解开后，才开始子链的合成。( ) (3)半保留复制是指DNA分子中的一条链进行复制，另一条链不复制。( ) (4)DNA复制的原料为四种脱氧核苷酸。( ) (5)DNA的复制遵循碱基互补配对原则，新合成的两条子链形成新的双链DNA。( ) 迁移训练 √ × × × × 2.具有100个碱基对的DNA片段，内含40个胸腺嘧啶。如果该DNA连续复制3次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为 (　　) A.80 B.120 C.280 D.420 √ 解析：DNA连续复制3次，共得到8个DNA分子，开始有一个亲代DNA分子，因此相当于合成了7个DNA分子。具有100个碱基对的DNA片段，每个DNA含有40个胸腺嘧啶，意味着含有40个腺嘌呤、60个胞嘧啶和60个鸟嘌呤，故共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为60×7=420，D正确。 3.[多选]DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。下列叙述正确的是 (　　) A.DNA复制发生在细胞分裂的前期 B.DNA复制需要相关蛋白质的参与 C.DNA复制与染色体复制是分别独立进行的 D.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性 √ √ 解析：DNA复制发生在细胞分裂前的间期，A错误；DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶等，这两种酶的本质为蛋白质，B正确；在真核细胞中，染色体由DNA和蛋白质组成，DNA的复制与染色体复制是同时进行的，不是分别独立进行的，C错误；DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保证了亲子代间遗传信息的连续性，D正确。 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.DNA复制是否只在有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期进行?是否只发生于细胞核中? _________________________________________________________________________________________________________。 不是，无丝分裂、二分裂等过程中也发生DNA复制。线粒体和叶绿体以及原核细胞中也有DNA，也进行DNA复制 2.为研究DNA的复制过程，研究人员将1个含14N-DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋，变成单链，然后进行密度梯度离心。根据条带的数目和位置_______ (填“可以”或“不可以”)确定DNA的复制方式是否为半保留复制。理由是______________________________ _______________________________________________________________________________。 3.DNA分子复制过程的示意图中，同一解旋部位合成的子链延伸方向总是用相反的箭头表示，原因是_____________________________ ___________________________________________。 不可以 由于DNA解开双螺旋，变成单链，所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，无法判断DNA的复制方式 子链的延伸方向是从5'端到3'端，而互补的两条模板链的方向和子链的方向相反 三、综合检测反馈 1.DNA一般能准确复制，其原因是(　　) ①DNA规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板　②DNA复制发生于细胞分裂前的间期　③复制遵循碱基互补配对原则　④产生的两个子代DNA均和亲代DNA相同 A.②④ B.②③ C.①④ D.①③ √ 解析：①DNA规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板是DNA分子能够准确复制的原因之一；②DNA分子复制发生在细胞分裂前的间期与精确复制无关；③碱基互补配对原则能够保证DNA分子的准确复制；④产生的两个子代DNA均与亲代DNA相同是DNA分子准确复制的结果，不是其原因，故选D。 2.如图为真核细胞DNA复制过程模式图。据图分析，下列相关叙述不正确的是 (　　) A.由图示可知，DNA分子复制 的方式是半保留复制 B.从图中可以看出合成两条子 链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的 C.因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则，所以新合成的两条子链的碱基序列是完全一致的 D.解旋酶能使DNA双链解开，且需要消耗ATP √ 解析：半保留复制是指新形成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条核苷酸链，由图示呈现的信息能确定DNA分子复制的方式是半保留复制，A正确；DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链组成的，DNA复制时子链只能从5' 端向3' 端延伸，从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的，B正确；因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则，所以新合成的两条子链的碱基序列是互补的，C错误；解旋酶能使双链间的氢键断裂，进而使DNA双链解开，且需要消耗ATP，D正确。 3.[多选]研究人员将1个含14N-DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养1 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋，变成单链，然后进行离心，试管中出现两种条带(如图)。下列说法正确的是 (　　) A.解开DNA双螺旋的实质是使 碱基对之间的氢键断裂 B.根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式 C.由结果可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为20 min D.若让大肠杆菌繁殖四代，则条带1中的DNA单链所占比例减小 √ √ √ 解析：解开DNA双螺旋的实质是破坏碱基对之间的氢键，A正确；由于DNA解开了双螺旋，变成单链，因此无论DNA的复制方式是半保留复制还是全保留复制，均会出现题目中的条带数目和位置，B错误；由于14N单链∶15N单链=1∶7，说明DNA复制了3次，由此可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为60÷3=20(min)，C正确；若让大肠杆菌繁殖四代，产生子代DNA的数目为24=16(个)，则条带1中的单链在所有DNA单链中占2/32=1/16，比例减小，D正确。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $